锂离子电池电化学解析声发射技术：揭示电极降解机制的新窗口

本文创新性地提出"声发射-伏安法"（AE-CV）联用技术，通过消除电磁干扰（EMI）和小波变换（WT）信号处理，首次实现锂离子电池（LIBs）中石墨/NMC电极电化学-机械过程（如乙烯气体生成、颗粒破裂）的精准识别，为电池健康状态（SoH）评估和安全风险预警提供了突破性的无损检测（NDE）方案。

　　

Highlight

通过电化学解析的声发射技术揭示锂离子电池内部机制

我们开发的新型"声学-伏安法"将循环伏安（CV）与声发射（AE）检测相结合，在消除电磁干扰并应用小波变换信号处理后，成功识别出石墨和镍锰钴氧化物（NMC）电极中多种电化学-机械过程产生的特征声信号。首次实现通过声学活动精确定位特定电化学事件，如乙烯气体生成（经气相色谱验证）和NMC颗粒破裂（经扫描电镜SEM证实）。

关键发现

• 噪声消除技术使AE检测重现性提升10倍

• 小波变换特征可区分不同降解机制产生的声信号

• 石墨电极在1.5V附近检测到乙烯气体释放的声学特征

• NMC颗粒破裂声信号与电压平台具有强相关性

这项技术为定量监测电池退化提供了新视角，在健康状态评估、剩余寿命预测和安全性监测方面展现出超越传统方法的潜力。

Methodology

改进的AE实验重现性

通过安装电磁干扰（EMI）扼流圈（图1A-B），将相同构造电池的累计AE信号差异从数量级缩小到可接受范围（图1D）。采用小波基信号处理技术，有效分离了电极过程产生的真实声信号与电磁噪声，其中高频电磁噪声（>500kHz）被新型陶瓷传感器滤除。

电池制备

所有实验采用Hohsen CR2032纽扣电池，在氩气手套箱（H₂O < 0.1 ppm）中组装。使用NEI公司提供的NMC811（2.0 mAh/cm²面容量）和LiFun公司的单晶NMC532（2.4-2.5 mAh/cm²）作为正极材料，电解液为1M LiPF₆的EC:DEC（1:1）溶液。

[注：根据要求省略了文献引用标识和图表标注]